电路 电路的过渡过程
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第3章电路的过渡过程及换路定律本书此前所讨论的电路,不论是直流还是交流,电路的联接方式和参数值是不变的,电源的输出是恒定的或周期性变化的,电路中的各部分电压也是恒定的或周期性变化的。
电路的这种状态称之为稳定状态,简称稳态。
当电路接通、断开或电路各元件的参数变化时,电路中的电压、电流等都在发生改变,从原来的稳定状态变化到另一个新的稳定状态,这个过程称过渡过程。
它不能瞬间完成,需要一定的时间(尽管往往是极短暂的),又称暂态过程。
电路在过渡过程中的工作状态称暂态。
3.1 过渡过程的产生与换路定律3.1.1.电路中产生过渡过程的原因电路中之所以出现过渡过程,是因为电路中有电感、电容这类储能元件的存在。
图3-1(a)中,当接通电源的瞬间,电容C两端的电压并不能即刻达到稳定值U,而是有一个从合闸前的u C=0逐渐增大到u C=U(见图3-1(b))的过渡过程。
否则,合闸后的电压将有跃变,电容电流i C=Cdu/dt将为无穷大,这是不可能的。
图3-1 RC串联电路同样,对于电感电路,图3-2( a)中,当电源接通后,电路的电流也不可能立即跃变到U/R,而是从i L=0逐渐增大到i L=U/R(见图3-2(b))这样一个过渡过程。
否则,电感内产生的感生电动势e L=-Ldi/dt将为无穷大,也是不可能的。
图3-2 RL串联电路过渡过程产生的实质是由于电感、电容元件是储能元件,能量的变化是逐渐的,不能发生突变,需要一个过程。
而电容元件储有的电场能W C =C 2/2C u ,电感元件储有的磁场能W L =L 2/2Li ,所以电容两端电压u C 和通过电感的电流i L 只能是连续变化的。
因为能量的存储和释放需要一个过程,所以有电容或电感的电路存在过渡过程。
产生过渡过程的内因:电路中存在储能元件 ,C L u i ;外因:电路出现换路时,储能元件能量发生变化。
3.1.2.换路定律电路工作状态的改变如电路的接通、断开、短路、改路及电路元件参数值发生变化等,称换路。
rashad实验11 电路的过渡过程(使用EWB 软件)实验任务:利用EWB 软件平台观测一节RC 电路及二阶电路对方波信号的响应。
(1)调节岀一阶RC 电路的三种典型的响应波形Uc,并测试波形的关键参数。
(2)测试一阶RC 电路的时间常数。
(3)调试出二阶电路的三种典型的响应波形Uc,并测试波形的关键参数实验目的:学习使用EWB 软件平台组织实验的基本方法,了解电路的过渡过程现象。
(一)一阶RC 电路的实验电路图(1)RC 较小时的响应(2)RC 增大时的响应(3)RC 更大时的响应问题 :1.对于一个由电阻和电容串联组成的一阶RC 电路来讲,当外加周期为T 的方波激励时:(1)满足怎样的参数条件(即RC 与T 的关系),电容电压为近似方波。
当RC<<T T>=100RC 时,电容电压波形为近似方波。
(2)满足怎样的参数条件(即RC 与T 的关系),电容电压为近似三角波(三角波的幅度<=1/输入信号幅度值)。
当RC>>T 时电容电压波形为近似三角波。
(3)再怎样的电容电压波形下,能够比较准确地测知一阶电路的时间常数。
当电容波形曲线能够反应响应量从初值到终值(终值为稳态值)的完整过程时,能够比较准确的测知一阶电路的时间常数。
2.对于一个由电阻、电感和电容串联组成的二阶电路来讲,当外加周期为T 得方波激励时:(1)满足怎样的参数条件,电容电压出现衰减振荡。
(欠阻尼)1/√RC<R/2L 时,欠阻尼,其中,1/√LC=R/2L 为临界阻尼,此时电路的过渡过程衰减振荡。
(2)满足怎样的参数条件,电容电压出现等幅振荡。
(无阻尼)R=0 时,无阻尼,此时电路将出现等幅振荡。
(3)满足怎样的参数条件,电容电压不出现振荡。
(过阻尼)1/√RC>=R/2L 时,过阻尼,此时电路的过渡过程为不出现振荡。
(4)电容电压的振荡幅度与过渡过程进程具有怎样的定性关系。
在欠阻尼的情况下,电容电压的振荡幅度以较慢的速度减小;在过阻尼的情况下,电容电压振荡幅度很快的减小;无阻尼振荡的情况下,电容电压振荡幅度不变.。